孫鍵-循環(huán)流化床鍋爐在油頁巖工業(yè)中的應(yīng)用(三亞會議)201103

中國油頁巖工業(yè)與新型循環(huán)流化床鍋爐

孫鍵東北電力大學(xué)2011年3月主要內(nèi)容一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式四.新型CFB鍋爐一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)1.1世界和中國能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢a、世界能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2005年：能源消費總量114.34億t（標準油、下同），其中化石燃料占81%（石油35%，天然氣20.7%，煤炭25.3%），比1973年的61.38億t增加了52.96億噸，即年均增加1.655億t（年增率2%）。預(yù)測2030年：能源消費總量177.2億t，即比2005年增加了62.86億t（年均增加2.515億t），其中化石燃料占82%（石油32%，天然氣22%，煤炭28%）。一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)2005年世界探明儲量：原煤909064百萬t、原油163600百萬t、天然氣179.83萬億m3；按2005年消費量計算，三者使用年限約為：煤炭310年、原油43年、天然氣65年。因此，幾十年后人類首先面臨石油資源枯竭問題。人類必須設(shè)法尋求替補能源！一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)b、中國能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢年份能源生產(chǎn)總量（萬噸標準煤）能源消費總量（萬噸標準煤）能源生產(chǎn)比上年增長（%）能源消費比上年增長（%）國內(nèi)生產(chǎn)總值（億元）生產(chǎn)總值比上年增長（%）19786277057144

3645.2

19806373560275

4545.612.0198585546766829.98.19016.025.11990103922987032.21.818667.89.919951290341311768.76.960793.726.219991259351338311.41.289677.16.320011374451431196.63.4109655.210.520021438101517974.66.0120332.79.7200316384217499013.915.3135822.812.9200418734120322714.316.1159878.317.720052058762246829.910.6183867.915.020062210562462707.49.6210871.014.720072370002655837.27.8257306.022.020082600002850009.77.3300670.016.920092750003068005.87.6335353.011.520102960003250007.65.9397983.018.7表1-1我國的能源生產(chǎn)與消費一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)1.2油頁巖是石油、天然氣和煤炭的最現(xiàn)實可用的替補能源

1989年探明儲量315.67億t，其中吉林省占56%；在最近一輪的資源普查中，查明資源量7199億t、折頁巖油476億t，其中吉林省約2500億t。a、我國油頁巖資源十分豐富：一.世界和中國急需發(fā)展油頁巖工業(yè)油頁巖干餾煉油燃燒發(fā)電、供熱地上干餾地下干餾

b、油頁巖工業(yè)的兩大行業(yè)發(fā)展方向：用于干餾煉油和直接燃燒發(fā)電，已有多年商業(yè)運用經(jīng)驗，有成熟的技術(shù)和裝備可用。

二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析2.1油頁巖干餾煉油

油頁巖所含的油母質(zhì)不溶于一般有機溶劑，因此只能用熱加工的方法才能轉(zhuǎn)化為頁巖油。此種方法稱為低溫干餾，也稱低溫?zé)峤饣驘岱纸?。地上干餾煉油技術(shù)的主要設(shè)備是干餾爐，分為塊狀頁巖（8~120mm）和顆粒頁巖（0~25mm）兩種。塊狀頁巖干餾技術(shù)主要以國外巴西Petrosix技術(shù)和國內(nèi)撫順式干餾技術(shù)為代表。顆粒油頁巖干餾爐以愛沙尼亞UTT-3000型干餾工藝為代表。二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析圖2-1撫順式干餾技術(shù)生產(chǎn)工藝流程2.1.1塊狀頁巖干餾技術(shù)a、撫順式干餾技術(shù)二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析1、撫順式干餾爐的突出優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)簡單；造價低；建設(shè)期短；運行操作方便，安全可靠，年運行天數(shù)在330天以上；尤其適用于低品位(含油率5~7%)油頁巖。2、撫順式干餾爐存在下列急待解決的一些問題：（1）入廠頁巖經(jīng)破碎后，只有10~75mm塊頁巖入干餾爐煉油，10mm以下碎屑頁巖占入廠頁巖總量的20~25%被舍棄；即頁巖利用率只有75~80%；（2）塊頁巖入爐煉油，油收率低(60~65%)，油損失大(35~40%)；二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析（3）副產(chǎn)品剩余煤氣發(fā)熱值低(3140kJ/Nm3)，過去也作為廢氣排放，造成一部分熱損失，現(xiàn)已用于燃氣機發(fā)電；（4）為保證干餾熱量，爐底部送入飽和主風(fēng)，使半焦燃燒放熱；但燃燒不完全，使生成的灰渣發(fā)熱值不高不低，顏色發(fā)黑，又經(jīng)水浸后排出，難以利用，熱損失較大(占頁巖發(fā)熱值的20~30%)；（5）單臺爐日處理頁巖量小，難以大型化；（6）廢氣、廢水、廢渣對環(huán)境污染嚴重。二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析圖2-2巴西Petrosix干餾技術(shù)生產(chǎn)工藝流程b、巴西Petrosix干餾技術(shù)二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析1、巴西Petrosix干餾爐與撫順式干餾爐的主要區(qū)別：底部不送飽和主風(fēng)，而送低溫循環(huán)煤氣，沒有半焦燃燒反應(yīng)，因而也就不適用低含油率油頁巖。2、巴西Petrosix干餾爐與撫順式干餾爐相比其突出優(yōu)點是：（1）油收率高達85~90%，油損小(10~15%)；（2）副產(chǎn)品為高熱值煤氣和液化氣，用途廣泛，經(jīng)濟效益高；（3）單臺爐日處理頁巖量達6000t，可大型化。此外，該爐型年運行天數(shù)可達330天以上，也是世界上可用率較高的。二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析

c、兩種塊狀油頁巖干餾爐存在的問題如下：（1）8mm以下的小顆粒（占頁巖總量的20%左右）不能參與干餾，而作為廢棄物舍棄，頁巖利用率低（80%左右）；（2）所排出的干餾渣（半焦）尚具有400~1200kcal/kg的發(fā)熱值，約占油頁巖發(fā)熱值的30~40%，熱損失巨大；（3）半焦和小顆粒油頁巖處理不當(dāng)，造成環(huán)境污染。二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析油頁巖礦原油頁巖顆粒油頁巖0~25mm破碎、篩分裝置噴泉床干燥爐旋風(fēng)分離器廢熱鍋爐干油頁巖高溫?zé)煔鉂L筒式干餾爐半焦與熱載體灰噴泉床燃燒爐煙氣+熱載體灰旋風(fēng)分離器二級旋風(fēng)分離器熱載體灰熱煙氣蒸汽，去電廠發(fā)電熱灰冷灰，水力排灰至灰場風(fēng)機給水熱風(fēng)水泵電除塵器煙囪廢氣（水蒸氣、頁巖粉）干餾氣處理系統(tǒng)干餾氣煤氣頁巖油污水排煙灰冷卻器頁巖粉灰圖2-3GaloterUTT-3000干餾爐設(shè)備工藝2.1.2顆粒頁巖干餾技術(shù)——UTT-3000干餾工藝二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析1、UTT-3000型干餾爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標：日加工油頁巖量3000噸，油收率85~90%，頁巖利用率100%；且廢熱鍋爐產(chǎn)汽，可以用于發(fā)電。因此，它整體性能優(yōu)于巴西Petrosix技術(shù)。2、UTT-3000型干餾爐存在的主要問題為：（1）噴動床燃燒爐燃燒效率低，灰渣含碳量高；（2）廢熱循環(huán)尚沒有投入正常運行，熱損失大。二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析2.2油頁巖燃燒發(fā)電圖2-4油頁巖燃燒技術(shù)的發(fā)展1、油頁巖燃燒技術(shù)的發(fā)展二.油頁巖工業(yè)現(xiàn)狀剖析（1）1967年廣東茂名石油公司1×14.5t/hFB（2）1985年廣東茂名石油公司2×35t/hFB（3）1996年吉林省樺甸市油頁巖熱電廠3×65t/h低倍率CFB油頁巖電站鍋爐（4）2007年廣東省遂溪縣吉誠電力有限公司1臺煤粉爐改造為65t/h高低差速CFB鍋爐（5）江西江聯(lián)能源環(huán)保公司130t/hCFB油頁巖電站鍋爐研制成功2、油頁巖流化床與循環(huán)流化床燃燒發(fā)電經(jīng)歷：三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式3、油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新生產(chǎn)模式——“油頁巖綜合利用集成技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟”的技術(shù)經(jīng)濟路線

：（1）基本思路：將油頁巖既作為能源轉(zhuǎn)化為頁巖油和煤氣、電力和熱能，又作為資源轉(zhuǎn)化為建筑材料和其他材料，實現(xiàn)無固體廢物排放的全面綜合利用——“吃干榨盡”；（2）工藝技術(shù)：以原干餾煉油技術(shù)為基礎(chǔ)，引入新型CFB鍋爐發(fā)電技術(shù)，將干餾煉油過程和CFB燃燒發(fā)電過程相結(jié)合，實現(xiàn)油頁巖先干餾煉油，之后利用干餾煉油的廢棄物為燃料、采用新型CFB鍋爐燃燒發(fā)電，而燃燒后的灰渣全部送入灰渣利用廠制作建筑材料和其他材料——無固體廢物排放；（3）企業(yè)結(jié)構(gòu)：將油頁巖礦、干餾煉油廠、CFB鍋爐發(fā)電廠和灰渣利用廠組成一個鏈帶式聯(lián)合企業(yè)——油頁巖循環(huán)經(jīng)濟——生態(tài)工業(yè)園。圖3-1給出了該技術(shù)的模型和生產(chǎn)工藝流程。三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式圖3-1塊狀頁巖綜合利用集成技術(shù)模型與生產(chǎn)工藝流程三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式

值得特別指出的是：在這個聯(lián)合企業(yè)中，原有屬于四個行業(yè)的油頁巖礦、干餾煉油廠、CFB鍋爐發(fā)電廠和灰渣利用廠，不是機械式的串聯(lián)在一起，而是通過集成技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)有機地結(jié)合在一起，相輔相成，缺一不可。在這個聯(lián)合企業(yè)中，不強調(diào)某一環(huán)節(jié)的最優(yōu)化，而追求整體上效率最高、經(jīng)濟效益最大、污染最小。其中，新型CFB鍋爐是核心、關(guān)鍵技術(shù)——起承上啟下作用。三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式4、顆粒頁巖干餾爐的油頁巖綜合利用集成技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟模型：在原有GaloterUTT-3000型干餾設(shè)備工藝流程基礎(chǔ)上，取消了干餾系統(tǒng)中的噴泉床干燥器、噴泉床燃燒爐、熱灰冷卻器和廢熱鍋爐，增設(shè)了新型CFB鍋爐（自帶冷渣器）及配套的汽輪發(fā)電機組所組成的發(fā)電廠，以及灰渣綜合利用廠。圖3-2給出了適用于Galoter干餾爐的油頁巖綜合利用集成技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟模型。三.油頁巖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新思路和新模式

油頁巖礦原油頁巖顆粒油頁巖0~25mm破碎、篩分裝置新型滾筒式干餾爐旋風(fēng)分離器干餾煉油廠煤氣污水（油泥）干餾氣熱載體灰高溫?zé)煔夂图毣腋邷責(zé)煔夂突野虢古c熱載體灰給水灰渣綜合利用廠建材（水泥、磚、砌塊、陶粒）筑路材料土壤改良劑肥料特種材料（白炭黑，Al2O3）其他原料引風(fēng)機排煙至煙囪電除塵器排煙細灰風(fēng)機冷風(fēng)高壓蒸汽電力高溫?zé)煔夂突移啺l(fā)電機組熱灰渣空氣灰圖3-2適用于Galoter干餾爐的油頁巖綜合利用集成技術(shù)模型與循環(huán)經(jīng)濟流程冷灰渣油頁巖礦油頁巖循環(huán)流化床燃燒發(fā)電、供熱廠灰渣綜合利用廠冷渣器熱風(fēng).冷凝回收系統(tǒng)四.新型CFB鍋爐

它不是常規(guī)意義的CFB鍋爐，不可套用燃煤CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)。因為，對我國絕大多數(shù)中低品位的油頁巖而言，其干餾半焦發(fā)熱值很低（2000~3400kJ/kg）、揮發(fā)份更低（＜5％），而撫順式干餾爐的灰渣發(fā)熱值更低（1250~2300kJ/kg）、采用常規(guī)CFB技術(shù)是難以著火，穩(wěn)定燃燒利用的；而只能采用特殊的技術(shù)工藝措施才能予以燃燒利用。故此，稱這種鍋爐為新型CFB鍋爐。東北電力大學(xué)經(jīng)過幾年的科技攻關(guān)，已經(jīng)掌握了這種新型的CFB鍋爐的理論與設(shè)計。1、油頁巖循環(huán)流化床燃燒鍋爐不同于常規(guī)鍋爐：四.新型CFB鍋爐一是承上，即保證干餾煉油廠的廢棄物穩(wěn)定燃燒發(fā)電、“變廢為寶”；二是啟下，即保證燃燒后的灰渣具有含碳量低、色澤好、活性高，符合灰渣利用廠制做建材和其他材料等綜合利用要求；三是要向干餾爐提供熱載體，并向油頁巖礦、干餾廠、灰渣利用廠供熱；四是使干餾爐廢氣、油泥等焚燒，減輕污染。2、“油頁巖綜合利用集成技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟”技術(shù)模式中，新型CFB鍋爐起“承上啟下”關(guān)鍵作用：四.新型CFB鍋爐

從功能上分析：新型CFB鍋爐不僅僅是發(fā)電鍋爐，而且是灰渣綜合利用的焙燒爐、干餾爐和聯(lián)合企業(yè)的熱源爐，廢棄物的焚燒爐。由此可見，它不同于前面所述油頁巖電廠的常規(guī)CFB鍋爐，而是具有多功能的新型CFB鍋爐。從技術(shù)上分析：使用的燃料不是單一的油頁巖，而是油頁巖干餾的廢棄物，廢棄物中的半焦（巴西爐）和干餾渣（撫順爐）是比油頁巖更低質(zhì)的“劣質(zhì)燃料”。從結(jié)構(gòu)上分析：較為復(fù)雜，一是因為燃料品質(zhì)更差，受熱面和體積增大；二是由于向干餾爐提供熱載體，必須增設(shè)相應(yīng)裝置，而且必須考慮與干餾爐的結(jié)合。3、新型CFB鍋爐功能、技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析：某油頁巖干餾煉油公司應(yīng)用集成技術(shù)前、后技術(shù)經(jīng)濟分析一、公司概況1、現(xiàn)有40臺撫順式爐，單臺爐日處理油頁巖130t/d(設(shè)計100t/d）年運行300天（d）、7200小時（h）；爐投運率90%；油收率60%2、油頁巖：發(fā)熱值Qnet.ar=957kcal/kg，含油率5.17%，灰分75.73%，水分5.91%3、油頁巖礦：年產(chǎn)175萬t/a，其中塊（10~100mm）140萬t/a（80%）入煉油廠，顆粒（0~10mm）35萬t/a（20%），廢棄4、煉油廠：1）入爐塊頁巖140萬t/a；2）油產(chǎn)量43428t/a，發(fā)熱值10000kcal/kg；3）剩余瓦斯產(chǎn)量86760t/a，發(fā)熱值750kcal/kg；4）干餾爐渣產(chǎn)量109×104t/a，發(fā)熱值300kcal/kg；5）各種損失17.98×104t/a。二、公司現(xiàn)有物料、熱平衡及產(chǎn)值利潤1、物料平衡：油頁巖：總量175萬t/a，塊140萬t/a，顆粒頁巖35萬t/a頁巖油：43428t/a；剩余瓦斯86760t/a；干餾爐渣109萬t/a；損失17.98萬t/a某油頁巖干餾煉油公司應(yīng)用集成技術(shù)前、后技術(shù)經(jīng)濟分析2、熱效率：頁巖油25.93%；剩余瓦斯3.89%；合計29.82%3、年產(chǎn)值、利潤：1）油頁巖礦：成本55元/t，售價70元/t；總產(chǎn)值12250萬元/a，總利潤2625萬元/a2）煉油廠：a、頁巖油：頁巖成本2821元/t油、其他成本900元/t油、合計3721元/t油年總產(chǎn)值（油單價5000元/t）21714萬元/a；年利潤：5554.444萬元/ab、剩余瓦斯：86760t/a、用于發(fā)電，不計成本；發(fā)電1859萬kw.h/a產(chǎn)值（利潤）：892萬元/a（上網(wǎng)電價0.48元/kw.h）二廠合計：年產(chǎn)值34856萬元/a；年利潤9071萬元/a三、采用集成技術(shù)后（增設(shè)CFB鍋爐發(fā)電廠）顆粒頁巖和干餾渣合計發(fā)電機組功率26268kw，年發(fā)電量18912.96萬k